主 板 基 础 知 识 培 训
第一节 主板及芯片组
一、主板综述
主板是电脑系统中最大的一块电路板，它的英文名字叫做“Mainboard”或“Motherboard”，简称M/B。主板上布满了各种电子元件、插槽、接口等。它为CPU、内存和各种功能（声、图、通信、网络、TV、SCSI等）卡提供安装插座（槽）；为各种磁、光存储设备、打印和扫描等I/O设备以及数码相机、摄像头、“猫”（Modem）等多媒体和通讯设备提供接口，实际上电脑通过主板将CPU等各种器件和外部设备有机地结合起来形成一套完整的系统。电脑在正常运行时对系统内存、存储设备和其它I/O设备的操控都必须通过主板来完成，因此电脑的整体运行速度和稳定性在相当程度上取决于主板的性能。 1．主板的分类
不同的CPU需要搭配不同的主板，在早期的电脑系统（包括早期的486电脑）里，CPU都是直接焊接在主板上的。到了486时代，为了增强用户购买电脑的灵活性和便于用户升级电脑，就在焊接CPU的位置装上了CPU插座，而不再将CPU焊在主板上。现在根据主板上所设置的CPU安装插座类型分为Slot 架构和Socket架构。其中Slot 架构中又分为Slot 1、Slot 2和Slot A三种，目前Slot 1、Slot 2仅用于Intel的CPU，而Slot A则仅用于AMD公司的K7（Athlon）；在Socket架构中分为Socket 7、Socket8、Socket 370和Socket A三种。其中Socket 7为586级CPU使用，Socket8、Socket 370则用于Intel的CPU，Socket A则为AMD的CPU使用。
现在市场里经常看到一些将声卡、显卡的功能集成到主板上的一体化主板，例如：Intel 810、815主板、Sis620及Sis630主板、VIA的一些主板。还有将CPU、部分内存、显卡和声卡都集成在一起的更一体化的586主板，例如Cyrix MediaGX主板（使用的CPU与我们平常所用的各类Slot或Socket结构CPU在安装上不兼容）。这种“一体化”主板实际上是早期“ALL IN ONE”主板的技术拓展，只要接上电源、显示器、键盘和软（硬）盘就组成了一台最基本的电脑。
主板按结构标准分为ATX、Micro-ATX、Baby-AT、NLX和FLEX五种：
Baby－AT型：这种主板是我们以前常用的，它的特征是串口和打印口等需要用电缆联接后安装在机箱后框上。
ATX和Micro ATX型：这种主板是将Baby－AT旋转90度，并将串、并口和鼠标接口等直接设计在主板上，取消了联接电缆，使串、并、键盘等接口集中在一起，对机箱工艺有一定要求。Micro ATX主板与ATX基本相同，但通常只有两个PCI和两个ISA扩展槽，两个168线的DIMM内存槽，整个主板尺寸减少很多，需要特制的Micro ATX机箱。
NLX型：NLX结构是英语“Now Low Profile Extension/新型小尺寸扩展结构”的意思，这是进口品牌机经常使用的主板，它在将各串、并等接口直接安装在主板上后，专门用一块电路板将扩展槽设置在上面，然后再将这块插入主板上预留的一个安装接口槽，这样可以将机箱尺寸做得比较小。
FLEX型：比Micro ATX主板面积小1／3，主要用于高度整合电脑中。 2．主板基础知识
如果把中央处理器CPU比喻为整个电脑系统的心脏，那么主板上的芯片组就是整个身体的躯干。在电脑界称设计芯片组的厂家为Core Logic，Core的中文意义是核心或中心，光由字面的意义就足以看出其重要性。对于主板而言，芯片组几乎决定了这块主板的功能，进而影响到整个电脑系统性能的发挥，芯片组是主板的灵魂。
芯片组（Chipset）是主板的核心组成部分，按照在主板上的排列位置的不同，通常分为北桥芯片和南桥芯片。北桥芯片提供对CPU的类型和主频、内存的类型和最大容量、ISA/PCI/AGP插槽、ECC纠错等支持。南桥芯片则提供对KBC（键盘控制器）、RTC（实时时钟控制器）、USB（通用串行总线）、Ultra DMA/66（100)EIDE数据传输方式和ACPI（高级能源管理）等的支持。其中北桥芯片起着主导性的作用，也称为主桥（Host Bridge）。
除了最通用的南北桥结构外，目前芯片组正向更高级的加速集线架构发展，Intel的8xx
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系列芯片组就是这类芯片组的代表，它将一些子系统如IDE接口、音效、MODEM和USB直接接入主芯片，能够提供比PCI总线宽一倍的带宽，达到了266MB/s。
下面就来具体介绍主板的各部分技术特点： 1）、印制电路板(PCB) PCB是所有组件赖以“生存”的基础。它实际是由几层树脂材料粘合在一起的，内部采用铜箔走线，名为“迹线”。一块典型的PCB共有四层，最上和最下的两层叫做“信号层”。中间两层则叫做“接地层”和“电源层”（见图1）。将接地和电源层放在中间，这样便可更容易地对信号线作出修正。
当需要安装双处理器，或者处理器引脚数量超过425根时，就要求主板达到六层。这是由于信号线必须相距足够远的距离，以防止“相互干扰”。六层板可能有三个或四个信号层、一个接地层、以及一个或两个电源层，以提供足够的电力供应。
为使系统正常工作，信号迹线的布局与长度是至关重要的因素。它的设计宗旨是尽量避免由于其它迹线的干扰，造成信号失真。一条迹线过长，或者信号频率过高，相互干扰的可能性便会大增，所以要求在相邻的两条迹线之间，留出足够大的间距。有些迹线必须限制它的最大长度，以确保信号的“完整性”，比如同处理器连接的那些迹线。与同一个设备连接的迹线在长度上都必须接近(但不是所有的设备与迹线都有此要求)；或者说，长度的区别必须在一个容许的公差范围之内。
即便主板全部采用最高品质的电子元件制造，仍有可能不稳定，这正是由于迹线布局有误，使信号不易保持完整性。要想知道信号是否完整，普通的视波器没有任何帮助，只有使用一些更专业的设备对其进行测量。对超频者来说，这一点尤其重要。因为超频后，往往要求主板在标称的规格之外运行。若布局不佳，可靠性及稳定性便会大打折扣。
2）、电压调节器
同主板连接的不同组件需要不同的电压。最常用的包括5V（BIOS芯片、实时钟芯片、键盘控制器等）和3V（二级缓存、芯片组、SDRAM芯片等）。而处理器要求的电压可以高达3.5V，也可以低于2V以下。电压调节器主要不是用来防止电压骤升，而是用来得到所期望的稳定电压。
主机电源直接向主板提供5V的电压所以只有部分设备，才需要更改这个电压。电压调节有两个办法，要么使用名为VRM的一种插入模块，要么使用一个电压调节电路（焊接到PCB上的一个集成电路）。如果是老式的奔腾处理器，通常都要用到两个电压调节器——一个用于提供I/O电压（3.3V/1.5V等），另一个用于提供处理器内核电压。
由于主板需要支持不同类型的处理器，所以必须支持一定范围内的电压输出。在老主板上，这可以通过跳线实现。通过不同的跳线组合，使电压调节器输出所期望的在允许范围内的电压。新主板则大多能自动侦测电压，不再需要用跳线来调节，在一定程度上保证了安全。
许多老用户可能对“双电压CPU”记忆犹新，因为它们的内核电压和I/O电压是不同的。而一些更老的CPU，比如老奔腾和一些比较新的IDT CPU，只要求3.3V或3.5V的电压，它们称作“单电压CPU”。
3）、电容
电容其实是保证主板质量的关键环节。电容主要用于保证电压和电流的稳定。处理器的耗电量处于极不稳定的状态，可能突然增大，也可能突然减少，特别是在执行了一条HALT（待机）指令，或者恢复至正常工作状态的时候。而对电压调节器来说，无论如何都不可能立即对这些变化作出响应。这就好像一座拦江的水坝，尽管它能控制水流的速度，但仅凭它自身的力量是无法保证江水一直稳定流动的。所以，需要与水库配合，通过放水或蓄水，来稳定水的流速。
铝电容的缺点在于，随着使用年限的增加，它会快速呈“干涸”趋势，最终失去电容能力。此外，这种电容的准确度不高，易受高温的影响。而钽电容有效地解决了这些问题。
挑选电容时，另一个重要的因素是ESR（Equivalent Series Resistance，等效串联电阻）值。通常，需要将几个电容并行联置，以便有效地保护电路，并保持一个较低
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的电阻值。电阻越大，消耗的电压越高，发热就越厉害(发热不是主要的，CPU所要求的瞬间大电流才是最重要的。)，所以ESR值越低越好。设计电容时，各个电容的排列位置和ESR值是两项非常重要的因素，甚至比制造材料还来得重要。
4）、时钟生成器
任何计算机设备都是以时钟的“滴答”为基本步调工作的。但是，并非每个设备都在“监听”相同的时钟。ISA、PCI、AGP、USB和系统总线分别以不同的速度运行，所以都要求专门的时钟信号。处理器也要求一个专门的时钟信号，同步内存芯片（比如用于L2缓存的SRAM和用于主内存的SDRAM）也要求自己的时钟。时钟生成器可以提供所有这些时钟信号。
每种主板芯片组都具备一定的“计时”能力，但却并不提供实际的时钟信号。时钟生成器芯片便是为具体的主板芯片组设计的，用于决定可选的系统时钟范围，以及相关的PCI总线速度。AGP总线的工作速度则不一定要由时钟生成器来决定，440BX 芯片组便是这样的一个例子。ISA和USB时钟是固定的，要由时钟芯片来决定。
主板厂商会根据选用的是什么芯片组，配备多少个PCI/SDRAM插槽，以及要支持多大范围内的系统总线速度，以此来决定时钟生成器芯片的设计。即使芯片组本身允许不同的PCI分频（1/4，1/2等），时钟生成器芯片也有可能不允许，而且主板厂商也不会采用这种时钟生成器芯片。许多人都奇怪系统和PCI总线速度在不同的主板上为何有不同的实现方法，答案便在于时钟生成器芯片的能力有别。
5）、BIOS和RTC
计算机要想运行一种操作系统，必须使用一个“引导”或“自举”程序。这个程序从一个已知的内存位置载入，并提供访问关键设备的一些信息，以完成操作系统的载入。例如，这个程序必须载入软驱和硬盘的设备信息，以及基本的显示信息。这样一来，等接力棒交到操作系统手中时，才有足够的前提完成后续的装载。
在PC上，这些引导信息保存在一片快闪内存(Flash Merory)芯片中，名为BIOS（基本输入/输出系统），可保存256KB～4MB的数据，在主板出厂时预先录好。以后想升级这些信息，便必须使用专门的程序，用新数据覆盖老数据，我们称之为“BIOS升级”，或者BIOS的“烧录”。
PC加电后，首先经历的一个名为“加电自检”（POST）的过程，它可识别出安装了什么处理器、多大内存以及BIOS上定义的各个设备是否都能正常工作。完成后，引导程序会在每个可引导设备的特定位置寻找一系列特定的指令。满足条件的第一套指令会载入内存，并加以执行。如一切通过，这些指令便会完成引导过程，并开始装载操作系统。
要想使BIOS知道自己需要支持哪些设备，必须提供一片特殊的CMOS集成电路，其中包含了由用户指定的参数，在识别出处理器之后读入。这个电路实际是集成到“实时钟”（RTC）芯片内的，后者负责对具体的日期和时间进行跟踪。要想显示出CMOS中的参数，可在加电自检过程中进入一个特殊的菜单。通常按DEL键，便可唤出这个菜单，然后人工修改或输入。作出的改动必须保存下来，以便下次启动时生效。
倘若设备设置有误，便可能无法装载操作系统，或者在进入操作系统后，无法访问设备。RTC和CMOS只有在有供电的前提下，才能维持由用户定义的参数。这个电力是由主板上的一个小电池提供的。如电池失效，或断开，CMOS中的数据便会丢失，必须在下次引导的时候重新输入。
6）、其他组件
芯片组集成的控制器越来越多。不知大家是否还记得，早期的IDE和软盘控制器是各自独立的。但今天的新芯片组已包括了大多数必要的控制器，以支持常用的一系列设备，比如键盘、PS/2鼠标和USB设备等等。
当然，这样做会增加芯片组的成本，所以除非极其常用的东西，否则仍然需要独立出去,如SCSI控制器等。假如主板厂家想支持一种芯片组本身不支持的设备，便必须增加一个独立的控制器芯片。例如，有些厂家试图提早提供对UDMA/66硬盘的支持，所以
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在板上集成了一个单独的IDE控制器。这样一来，便可多支持四个通道和八个设备。比如升技的BE6-Ⅱ。
7）、主板制造规格 现在的主板大多采用ATX规格。这是1995年由Intel颁布的一项标准，取代流行了许久、但缺点甚多的AT结构。ATX的新增特性包括：
● 集成I/O连接器——ATX要求将I/O端口集成到主板上，不再从上面“引出”，从而减轻了安装的难度，也提高了可靠性
● 集成PS/2鼠标接口 ● 驱动器不易挡住主板——ATX主板看起来就像AT主板旋转了90度，所以将整个板子都展现出来了，操作更方便
● 处理器不再和扩展卡的安装发生冲突——处理器从主板靠近扩展槽的前方位置移到主板的后上部，接近电源。这样一来，用户可以轻松地安装一张全长的扩展卡，不必担心会碰到CPU
● 电源进行了重大改进——主板集成一个20针电源插座，而AT主板是两个插座靠在一起
● 散热更佳 ● 3.3V/1.5V供电——大部分主板采用ATX电源提供的3.3V/1.5V电压供电。 8）、芯片组
主板上最重要的组件恐怕就是芯片组。前面说过，芯片组决定了能够支持哪些处理器、可使用什么内存以及主板具有的其它大量功能。直到最近，Intel仍是芯片组市场的龙头老大，但威盛（VIA）、矽统（SiS）、扬智（ALi）、超微（AMD）的芯片组出货量也在逐渐增加，终于形成了对Intel的真正威胁。
9）、主板接口技术新生代--认识AMR、CNR和ACR
A、AMR 说起AMR(Audio Modem Riser，声音和调制解调器插卡)规范，它是1998年Intel公司发起并号召其它相关厂商共同制定的一套开放工业标准，旨在将数字信号与模拟信号的转换电路单独做在一块电路卡上。因为在此之前，当主板上的模拟信号和数字信号同处在一起时，会产生互相干扰的现象。而AMR规范就是将声卡和调制解调器功能集成在主板上，同时又把数字信号和模拟信号隔离开来，避免相互干扰。这样做既降低了成本又解决了声卡与Modem子系统在功能上的一些限制。由于控制电路和数字电路能比较容易集成在芯片组中或主板上，而接口电路和模拟电路由于某些原因(如电磁干扰、电气接口不同)难以集成到主板上。因此，Intel公司就专门开发出了AMR插槽，目的是将模拟电路和I/O接口电路转移到单独的AMR插卡中，其它部件则集成在主板上的芯片组中。AMR插槽的位置一般在主板上PCI插槽(白色)的附近，比较短(大约只有5厘米)，外观呈棕色(如图1)。 最早体现Intel这一构思的产品当属它自己发布的810芯片组。因为在i810芯片组的ICH(输入输出控制芯片)中就整合了AC’97控制器和Modem控制器，只要搭配一块AMR声卡或一块AMR Modem卡就可以实现软声卡或软Modem的功能。不过由于现在绝大多数整合型主板上都集成了AC’97音效芯片，所以AMR插槽主要是与AMR Modem配合使用。 但由于AMR Modem卡比一般的内置软Modem卡更占CPU资源，使用效果并不理想，而且价格上也不比内置Modem卡占多大优势，故此AMR插槽正逐渐成为整合型主板的一块“鸡肋”。
B、CNR 为顺应宽频网络技术发展的需求，弥补AMR规范设计上的不足，Intel适时推出了CNR(Communication Network Riser，通讯网络插卡)标准。与AMR规范相比，新的CNR标准应用范围更加广泛，它不仅可以连接专用的CNR Modem，还能使用专用的家庭电话网络(Home PNA)，并符合PC 2000标准的即插即用功能。最重要的是，它增加了对10/100MB局域网功能的支持，以及提供对AC’97兼容的AC-Link、SMBus接口和USB(1.X或2.0)接口的支持。另外，CNR标准支持ATX、Micro ATX和Flex ATX规格的主板，但不支持NLX形式的主板(AMR支持)。 从外观上看，CNR插槽比AMR插槽比较相似(也呈棕色)，但前者要略长一点(如图2)，而且两者的针脚数也不相同，所以AMR插槽与CNR插槽无法兼容。 在主板支持方面，目前只有基于Intel的815/815E芯片组的主板提供了CNR插槽，而且从i815E芯片组的南桥芯片ICH2所整合的功能可以看出，CNR支持的插卡类型有Audio CNR、Modem CNR、USB Hub CNR、Home PNA CNR、LAN CNR等。不过，基
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于i815芯片组(南桥芯片为ICH)的主板只能使用Audio CNR和Modem CNR两种插卡。虽然现在市场上还没有相应的CNR插卡产品问世，但随着i815(E)及其相关主板的日渐成熟，CNR的前景比较乐观。
C、ACR ACR是Advanced Communiation Riser(高级通讯插卡)的缩写，它是VIA(威盛)公司联合AMD、3Com、Lucent(朗讯)、Motorola(摩托罗拉)、NVIDIA、Texas Instruments等世界著名厂商于今年6月推出的一项开放性行业技术标准，其目的也上为了拓展AMR在网络通讯方面的功能。ACR不但能够与AMR规范完全兼容，而且定义了一个非常完善的网络与通讯的标准接口。ACR插卡可以提供诸如Modem、LAN(局域网)、Home PNA、宽带网(ADSL、Cable Modem)、无线网络和多声道音效处理等功能。 由于现在很多主板上已经开始淘汰ISA插槽，所以ACR插槽也大多会设计放在原来ISA插槽的地方。ACR插槽采用120针脚设计，兼容普通的PCI插槽，但方向正好与之相反(如图3)，这样可以保证两种类型的插卡不会混淆。作为一种新生事物，ACR的市场接受度要靠时间来检验。 尽管ACR和CNR标准都包含了AMR标准的全部内容，但这两者并不兼容，甚至可以说是互相排斥。两者最明显的差别是，CNR放弃了现有的基础架构，即放弃了对AMR标准的兼容，而ACR标准在增加了众多新功能的同时保留了与AMR的兼容性。到底谁是网络和通讯插卡标准竞争的最终赢家，让我们拭目以待！
10、主板认证规格
作为连接电脑各部件的中枢和纽带，主板在电脑中的地位举足轻重。因此，它的质量好坏直接影响着整个系统能否正常运行。而判断一块主板质量好坏的最根本标准就是看它所选用的电子元器件及整体电路设计等方面是否符合各种权威性的认证规格。现在世界上关于主板的主要认证标准有CE、FCC、PC’99、ISO9001/9002/14001、C-TicK、NSTL等。
A、CE认证：我们常常会在主板上看到有“CE”字样的标志。这就是欧盟所推行的一种证明产品符合指令规定要求的合格产品标志，CE就是“欧盟”拉丁文的缩写。CE标志是强制性的 通行证，它要求主板产品必须保护使用者的健康安全及符合环保基本要求。 CE标志认证的产品范围很广，除主板外，显示器、电源、光驱，乃至键盘等大多数电脑配件上都可看到它的“踪迹”。
B、FCC认证：FCC是美国联邦通信委员会的英文缩写，它是一项关于电子产品在电磁辐射方面的规范，着重对数字设备及开关电源等发出的辐射噪音量进行了限制。要测试主板是否符合FCC标准，应先拆卸机箱用47 CFR 15.31标准进行测试。如果主板通过测试，则说明该主板具备了低辐射的特性，可使用各种材质的机箱进行组装。 FCC认证主要是针对能产生高频信号的电脑配件。它分为A、B两类，其中B类技术要求更严格。
C、PC’99认证：PC’99 认证规格是由微软、 Intel 等公司共同制定推广的一项业界标准。 PC'99 的认证规定极多。如对总线设计发展的限制，人体工学环保等。在主板设计方面主要规范了产品的设计要求，它提出主板的设计必须符合人体工学的要求。产品布局必须合理，以保证安装者能正常装配使用主板。此外主板各接口必须采用有色标识以方便识别。这些都无疑大大的方便了使用者，使不熟悉主板设备的使用者也能尽快的安装好相应的接口设备。
D、ISO9001/9002/14001认证：ISO9001/9002/14001是ISO(国际化标准组织)所颁布的有关产品方面的标准，其中ISO9001/9002是第一个质量管理和质量保证系列标准ISO9000当中的两种。符合这两种标准的主板说明其质量和设计方面都达到了较高的水平。ISO14001是第二个环境管理性系列标准的一种，达到该标准的主板说明其用料及生产过程均符合绿色环保的要求。
E、NSTL认证：NSTL(国际软件检测协会)是国际上权威的计算机软件和硬件认证机构，也是公认的2000年兼容性认证机构。NSTL开发的测试工具——YMARK2000是一个公开用来检测电脑系统是否有Y2K(千年虫)问题的行业标准。具有NSTL标志的主板说明在不存在Y2K问题。 3、主板的秘密
供电系统：一台计算机，它里面各种集成电路、功率管等，消耗的电源是非常可观的，因此必须有一个稳定的供电系统。对于其他部分，包括PCI/ISA设备，由于自己已经有了稳压电路，它们是直接连到ATX/AT电源的；但像AGP、CPU、南/北桥等，由于功耗大，要求的稳定性高，不能直接用ATX/AT电源送过来的电压，所以必须在主板上面设置稳压电路，
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电脑主板基础知识培训 - 图文
